外源亚精胺对苜蓿幼苗干旱缓解生理机制分析

为探讨外源亚精胺(Spd)提高苜蓿(Medicago sativa L.)抗旱的生理机制并为干旱缓解提供理论依据,本研究以‘龙苜807’为材料,采用营养液法培养苜蓿幼苗,以20%PEG-6000模拟干旱胁迫,研究不同浓度的Spd(0,0.3,0.6,0.9,1.2 mmol·L^(-1))对苜蓿幼苗叶片细胞膜透性、抗氧化酶活性、渗透调节物质及叶绿素的影响,利用隶属函数法综合评价外源Spd最佳缓解浓度。发现0.9 mmol·L^(-1) Spd使干旱胁迫下苜蓿幼苗叶片丙二醛(MDA)含量、H_(2)O_(2)含量和O_(2)^(-)·产生速率降低37.29%,46.84%和39.00%;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增大65.75%和60.21%;可溶性蛋白和脯氨酸含量增加93.27%和52.30%;叶绿素含量增加76.54%;0.6 mmol·L^(-1) Spd使干旱胁迫下苜蓿幼苗POD活性增加26.07%。1.2 mmol·L^(-1) Spd处理可溶性糖含量增加了77.62%。适宜Spd浓度可有效缓解干旱对苜蓿幼苗的伤害,以0.9 mmol·L^(-1) Spd为最佳。因此,外源Spd浓度可稳定苜蓿生物膜系统,增强抗氧化能力,维持细胞渗透平衡,有效缓解干旱对苜蓿幼苗的伤害。

东北地区耐荫花生品种苗期筛选及评价

为快速筛选评价花生品种耐荫性,选用53个适宜东北地区种植的花生品种,设置正常光照和60%遮荫两种光照环境,考察了花生苗期的13个形态指标和生理指标。结果表明:遮荫后参试花生材料的各农艺性状与对照相比呈不同趋势和幅度的变化,各指标间存在不同程度的相关性;通过主成分分析,将苗期13个单项指标转化为互相独立的5个综合指标,累计贡献率71.73%;利用隶属函数法及系统聚类法,将53个花生品种按照苗期耐荫性的强弱分为强耐荫、较耐荫、中耐荫、弱耐荫和不耐荫5种类型;通过逐步回归法建立了花生耐荫性最优评价模型,并筛选出花生株高、主茎节数、下胚轴长、茎干质量、叶干质量、叶面积、叶绿素a含量的耐荫系数作为评价花生苗期耐荫性的主要指标。本试验结论可为花生耐荫品种早期筛选提供理论依据。

基于不同生育时期干旱对花生抗旱性的综合评定

在防雨棚人工控水条件下,采用盆栽试验模拟花生不同生育时期干旱胁迫,调查产量和农艺性状等抗旱性指标,利用抗旱系数法和多性状隶属函数方法分析、鉴定9个商花系列花生品种的抗旱性。结果表明,在苗期、花针期及全生育期干旱条件下,花生产量的下降幅度分别为9.91%~46.86%、16.80%~86.62%和63.99%~97.29%。干旱时期不同,通过抗旱系数法和抗旱性综合评价值(D)筛选出的抗旱品种存在差异。综合不同生育时期干旱,利用平均抗旱系数和平均综合D值筛选出强抗旱品种为商花21号、商花33号和商花43号。不同生育时期干旱条件下,去根生物量、结果枝数和单株果质量的隶属函数值均与抗旱系数呈显著或极显著相关关系,可作为鉴定花生品种抗旱性的指标。研究结果可为区域推广商花系列抗旱新品种及筛选优异抗旱种质资源提供理论参考。

森林植物木豆CcGRFs全基因组鉴定及耐盐功能

从木豆(Cajanus cajan)全基因组中鉴定出CcGRF家族的全部成员CcGRF1~CcGRF10,系统发育分析显示所有的CcGRFs聚类为5组,基序分析显示CcGRF家族每个成员都具有谷氨酰胺-亮氨酸-谷氨酰胺(QLQ)结构域和色氨酸-精氨酸-半胱氨酸(WRC)结构域。对启动子区域的顺式作用元件预测,发现CcGRFs启动子序列中包含胁迫相关的顺式作用元件。利用荧光定量PCR技术检测CcGRFs基因的组织特异性及其在NaCl处理不同时间时的表达模式,结果显示:CcGRF10在各个组织中的表达水平均显著高于其他CcGRF基因,且盐处理下CcGRF10的表达持续上调。对木豆幼苗进行不同浓度NaCl处理,发现在75 mmol/L NaCl处理后木豆叶片黄化,木豆的存活率和叶片相对含水量降低,叶片卷曲指数升高。通过农杆菌介导的瞬时转化及发状根(Hairy Root)稳定转化的方法在木豆中过表达CcGRF10。NaCl处理后,CcGRF10-OE株系的存活率、叶片相对含水量显著高于EV株系,叶片卷曲指数和丙二醛(MDA)质量摩尔浓度显著低于EV株系,表明过表达CcGRF10能够提高木豆植株的耐盐性。通过观察CcGRF10的亚细胞定位,发现CcGRF10定位于细胞核,与生物信息学分析结果一致。

棉花抗逆性鉴定技术标准体系的建立

棉花是中国主要的经济作物,分布区域广,生产周期长,受生态逆境胁迫影响大。培育和筛选抗逆性强的棉花品种是减少逆境灾害的主要途径,而研究棉花品种的抗逆性鉴定技术和标准是至关重要的基础工作。归纳了近年来国内外作物抗逆性鉴定的基本方法,分析了棉花干旱、渍涝、盐碱、高温热害和低温冻害冷害等5种常发易发非生物逆境(生态逆境)抗逆性鉴定的鉴定时期、鉴定方法、鉴定指标和抗逆性判定级别等,总结了抗逆性鉴定标准制定和标准体系建立的基本原则、框架和内容等。提出了进一步研究的基本思路,主要包括:研究基于光谱/高光谱等新技术的快速便捷无损抗逆性鉴定、复合逆境下抗逆性鉴定、利用分子生物学手段直接找出相关抗逆基因并以此来进行抗逆性鉴定等技术。

高产优质水稻品种粤禾丝苗抗倒伏性状及遗传分析

【目的】通过测量分析水稻基部茎秆的物理性状,探究这些性状与茎秆抗折力的关系,明确影响水稻基部茎秆抗折力的核心性状,为水稻抗倒伏品种选育提供理论基础。【方法】分析水稻品种粤禾丝苗、易倒伏品种象牙香占以及粤禾丝苗×象牙香占的F_(2)遗传分离群体中与倒伏抗性相关的农艺性状,包括株高、单株抗弯力、基部节间抗折力和茎秆结构等,通过相关系数判断各性状对水稻抗倒伏性的影响大小。【结果】粤禾丝苗和象牙香占两个品种在抗倒伏性上存在显著差异。粤禾丝苗的N2(基部第2节间)抗折力(16.58 N)、N2壁厚(1.02 mm)、N2充实度(0.19 g/cm)、N2茎粗(6.21 mm)与象牙香占的N2抗折力(9.93 N)、N2壁厚(0.66 mm)、N2充实度(0.11 g/cm)、N2茎粗(4.60 mm)相比均明显较大。F_(2)群体N2抗折力、N2长度、N2茎粗、茎秆壁厚、鲜重和充实度均呈连续分布,属于数量性状,由多基因控制。F_(2)群体的相关性分析结果表明,N2抗折力与株高呈正相关(r=0.18),N2抗折力与N2壁厚呈极显著正相关(r=0.75**);N2抗折力与N2充实度呈显著正相关(r=0.67*);N2抗折力与N2短轴呈正相关(r=0.52)、N2茎粗与N2长度呈负相关(r=-0.20)。【结论】粤禾丝苗×象牙香占F_(2)群体抗倒伏遗传机制研究表明,N2壁厚与N2抗折力呈极显著正相关,是茎秆抗倒伏的核心性状,是一个由多基因控制的数量性状。以N2壁厚为研究重点,将大大降低以往抗倒伏研究方法的复杂程度,为今后抗倒伏相关研究明确了目标和方向。

干旱胁迫下白刺花幼苗根系生长和生理特性的响应

近年来干旱频发,严重限制了作物生产和植被恢复。因此,鉴定天然耐旱植物物种具有重要意义。通过对白刺花(Sophora davidii)盆栽苗干旱处理,设置4个干旱梯度,分析干旱胁迫下白刺花根系生长生理指标,发现其根系最先感知到干旱来临,其根长、表面积、体积增加,生长素、赤霉素、脯氨酸、可溶性糖以及丙二醛和过氧化氢含量上升,超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性下降,抗坏血酸过氧化物酶活性上升;在重度干旱下白刺花也未发生严重脱水和幼苗死亡的现象,表明其有较强的抗旱性,适合在半干旱区以及喀斯特地区的生态恢复重建与饲料开发中应用。试验阐明白刺花抗旱的适应机制,揭示白刺花抗旱能力,为白刺花在西部喀斯特地区全方位、立体式产业开发利用提供一定的参考依据。

光周期和光质对红砂幼苗生长及光化学反应的影响

本文以1年生红砂(Reaumuria soongorica)幼苗为研究对象,采用LED灯为光源,设置5个光质(红光、黄光、蓝光、绿光、白光),每个光质设置3个光周期梯度(12L/12D,14L/10D,16L/8D),探讨了不同光周期和不同光质对红砂幼苗生长和叶片光化学反应的响应特征。测定其相对生长速率(Relative growth rate,RGR)生物量积累、光合色素含量和叶绿素荧光参数,筛选适合红砂幼苗生长的光质光周期组合。结果表明:(1)长光周期16L/8D红光下红砂幼苗的RGR、茎、叶生物量、叶绿素含量、ETR和ΦSII均最高;(2)长光周期16L/8D白光下红砂幼苗的类胡萝卜素含量和F v/F m最高;(3)16L/8D黄光下根冠比和NPQ最高且对红砂幼苗生长呈抑制作用;(4)综合所有指标表现,光周期光质组合为16L/8D红光更具有促进红砂幼苗生长和光合作用的潜力。

马铃薯StTCP7基因在干旱和盐胁迫下的表达分析

为了探究马铃薯(Solanum tuberosum L.)TCP7基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,以耐旱品种‘Desiree’和干旱敏感品种‘Atlantic’为材料,通过自然干旱和200 mmol·L^(-1)NaCl溶液对盆栽苗进行胁迫处理。采用PCR法克隆得到StTCP7基因,CDS区长741 bp,启动子区含有响应干旱诱导的作用元件,蛋白序列与窄刀薯TCP7相似度最高,同源性为98.2%,共编码1个含246个氨基酸的蛋白质;该蛋白含有1个TCP保守结构域,属于碱性蛋白,定位于细胞核上。利用qRT-PCR方法,对干旱和盐胁迫下StTCP7基因在‘Desiree’和‘Atlantic’中的表达量进行分析发现,StTCP7基因表达存在器官差异和品种间差异,在‘Desiree’中的表达量表现为根(1.02)>茎(0.33)>叶(0.29),在‘Atlantic’中的表达量为叶(4.62)>茎(3.72)>根(1.00)。干旱胁迫下,StTCP7基因在‘Desiree’根和叶中的表达量随干旱胁迫程度的增加呈先上升后下降趋势,W3(土壤含水量为35%~45%)时达到峰值,其表达量分别为对照组的1.27倍和1.87倍;该基因在‘Atlantic’根部的表达量呈先上升后下降的趋势,W3(35%~45%)时达到峰值,其表达量为对照组的1.39倍,叶中表达量呈持续上升趋势,W4(15%~25%)时达到峰值,其表达量为对照组的2.52倍。盐处理下,随胁迫时间的增加,StTCP7基因在‘Desiree’根部的表达量呈先上升后下降的趋势,处理6 h时达到最高,为对照组的2.16倍;叶中表达量呈先上升后下降的趋势,处理3 h时达到最高,为对照组的4.54倍;该基因在‘Atlantic’根部的表达量呈现先上升后下降的趋势,胁迫3 h时达到最高,为对照组的2.12倍,叶中表达量呈上升趋势,在48 h时达到峰值,其表达量为对照组的4.04倍。综上所述,马铃薯StTCP7基因响应干旱与盐胁迫,且在根和叶不同器官中的表达存在差异,可为StTCP7基因在马铃薯非生物逆境响应中的功能研究提供基础。

耐迟播短生育期油菜品种的鉴定与筛选

短生育期油菜迟播后发芽和苗期温度偏低,导致生长缓慢,是制约长江流域三熟制油菜生产的重要因素之一,选育耐迟播短生育期的甘蓝型油菜新品种具有重要意义。本研究以81个甘蓝型油菜品种为材料,分析了不同低温对油菜种子萌发期、幼苗生长等的影响,以期筛选耐迟播短生育期材料。结果表明:低温会导致油菜种子萌发率降低、发芽时间延长,幼苗生长减缓、叶片气孔关闭或减小、净光合速率显著下降。甘蓝型油菜的萌发期性状和苗期性状间没有明显相关性,低温条件下种子的萌发率和苗鲜重与油菜幼苗在−2~−6℃低温冻害下的存活率显著相关,不同品种的油菜幼苗根系对低温敏感程度不同。10个形态生理参数的主成分分析结果显示,发芽率、净光合速率、冻害存活率和总鲜重在品种筛选过程中占据相对重要的位置,这4个参数可作为评价油菜品种萌发期与苗期耐寒性即耐迟播性的主要依据。根据各品种的综合表现,筛选出了20个耐迟播短生育期甘蓝型油菜品种。

植物耐盐分子机制研究进展

盐胁迫是影响植物生长发育的重要非生物胁迫之一,严重制约农业生产和经济发展,盐渍化农田的利用已成为一个世界性问题。研究植物耐盐机理、培育耐盐植物新品种对充分利用盐渍化农田具有重要的理论意义和应用价值。目前,越来越多参与盐胁迫应答的基因被发现和揭示。当植物处于高盐环境时,细胞中的多种蛋白参与盐胁迫响应。细胞壁上的类受体激酶和细胞壁的组分对盐胁迫产生应答,细胞膜上的GIPC鞘脂作为Na+受体与Na+结合后引起细胞表面电势变化,产生钙信号以激活下游调控通路,细胞膜上的钾离子通道蛋白和Na+/H+逆转运蛋白介导Na+流入和外排。液泡膜上的Na+/H+逆转运蛋白将细胞质中过多的Na+区隔化至液泡内。此外,转录因子也参与植物适应盐胁迫的转录调控,在植物耐盐调控中起重要作用。本文基于耐盐调控因子的亚细胞定位,综述近几年已报道的植物耐盐分子机制,总结耐盐基因在提高植物耐盐性中的作用,并对其应用前景进行展望,旨在为植物耐盐分子育种提供参考、为盐渍化农田改良提供科学依据。

割手密GST基因家族的分析及其对阿特拉津的响应

从全基因组的角度分析了割手密谷胱苷肽⁃S⁃转移酶(GST)基因家族成员的特征,共鉴定出129个GST。通过对割手密GST蛋白的系统发育分析,发现这些GST可以划分为4个亚家族,且每个亚家族内的蛋白排列紧凑,说明同亚族内部基因进化关系均比较亲近。此外,对在阿特拉津处理下GST基因家族中10个F亚族基因的表达水平进行检测,结果表明,根中的SpGSTF1、SpGSTF9、SpGSTF14、SpGSTF16、SpGSTF18、SpGSTF31在阿特拉津胁迫下表达显著上调,推测这6个基因可能在响应阿特拉津胁迫的过程中起重要作用。研究结果有助于揭示割手密GST家族的进化和功能演替,并对进一步了解割手密GST对阿特拉津的解毒响应机制提供理论参考,同时也为培养抗除草剂甘蔗品种提供基因资源。

海马齿NHX基因家族的鉴定及表达分析

【目的】海马齿(SesuviumportulacastrumL.)是典型的海岸植物和红树林伴生植物,能够固沙护岸,在海水中可以正常生长,具有极强的耐盐性。Na+/H+逆向转运蛋白(Na+/H+exchange,NHX)在植物耐盐和生长发育中起关键作用,为了解NHX在海马齿耐盐过程中的作用,对海马齿NHX基因家族进行鉴定和分析。【方法】采用生物信息学方法从海马齿全长转录组数据中鉴定NHXs成员,对其蛋白理化性质、保守基序和进化关系进行分析,并利用荧光定量PCR技术研究盐胁迫下NHXs成员的表达模式。【结果】从海马齿中共鉴定出12个SpNHX基因,命名为SpNHX1~SpNHX12。SpNHXs基因编码的氨基酸长度为276~554 aa,分子量为31.22~61.21 kD,等电点为5.55~8.64,不稳定指数为32.14~50.54,均为疏水性蛋白。系统发育分析表明,SpNHX蛋白可分为2个亚组,同一亚组具有相似的保守基序。多序列比对结果发现,SpNHX均具有Na+/H+exchange保守结构域。转录组数据和荧光定量PCR结果显示,SpNHXs基因在盐胁迫下均受到不同程度的诱导,其中SpNHX1、SpNHX9、SpNHX10、SpNHX11和SpNHX12在盐胁迫下显著上调表达。【结论】本研究明确了海马齿NHX基因家族在高盐胁迫下的表达模式,表明SpNHX1、SpNHX9、SpNHX10、SpNHX11和SpNHX12可能参与海马齿盐胁迫响应,为进一步研究NHX在海马齿耐盐过程中的作用提供理论基础。

24个水稻抗稻瘟病单基因系的抗性评价与利用前景分析

利用抗性基因培育抗病品种是防治稻瘟病最经济、快速、有效的手段。湖南桃江病圃是湖南省及长江中下游稻区水稻区域试验新品种的抗稻瘟病鉴定基地。为明确主要抗稻瘟病基因在该病圃的应用价值,本研究于2020—2021年评价了24个抗稻瘟病单基因品系在湖南桃江病圃的田间抗性。结果表明,含Pi-z^(5)、Pi-1、Pi-7与Pi-ta^(2)等单基因的品系对苗叶瘟均表现中抗水平,含Pi-1、Pi-z^(5)、Pi-ta^(2)、Pi-12(t)与Pi-k^(m)等单基因的品系对穗颈瘟表现抗或中抗。综合来看,Pi-1、Pi-z^(5)、Pi-ta^(2)等单基因对苗叶瘟与穗颈瘟皆表现出较好的田间抗性,可单独或与其它抗性基因聚合应用于抗稻瘟病育种与生产中。研究结果对指导湖南省乃至长江中下游稻区水稻抗稻瘟病品种选育与合理利用均具有重要意义。

基于机器视觉技术的两阶段玉米干旱胁迫识别模型研究

机器视觉技术可以实现农业作物的干旱胁迫状态的快速分析和有效识别,实现农业活动的自动化管理。本文基于机器视觉技术在黑龙江省绥化市开展玉米干旱胁迫识别的田间试验,选取色彩特征和纹理特征作为识别玉米干旱胁迫识别指标,采用两段式梯度增强决策树作为分类器进行玉米作物图片识别,并与其他机器算法结果进行比较。结果发现,本试验选择的两阶段玉米干旱胁迫识别模型在干旱胁迫分类准确率和干旱胁迫识别准确率方面表现优异,其干旱胁迫识别结果优于其他机器算法模型。

玉米自交系发芽期和苗期耐寒性的鉴定

试验对玉米9个自交系发芽和苗期的耐寒性进行了鉴定,在常温(25℃)和低温(11℃)胁迫下分别测定了种子发芽特性及幼苗素质的各项指标.以各性状低温与常温下测定值的比值(相对值)作为耐寒性评价指标.结果表明,在低温逆境下,苗比根对低温更敏感,耐寒自交系的根和幼苗总干重未下降.通过聚类分析,解决了由于性状相对值差异微小而难以评价自交系耐寒性的问题,将自交系分成了耐寒、中等耐寒和低温敏感3类.相关性分析表明,相对发芽率、相对幼苗总干重、相对地上部苗干重、相对根干重之间显著相关,是较好的耐寒性评价指标.

不同钠盐胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响

通过对黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)种子在不同钠盐(NaCl、NaHCO3、Na2CO3)溶液中萌发情况的研究,旨在探明黑果枸杞种子在不同盐胁迫下的萌发特性。结果表明:NaHCO3和Na2CO3溶液及其导致的高pH溶液环境对黑果枸杞种子的毒害作用明显小于Na+对黑果枸杞种子萌发的影响。种子对NaCl的耐盐临界值为90.7 mmol/L,极限值为242.2 mmol/L。不同钠盐胁迫下黑果枸杞种子胚根和胚芽的受抑制大小顺序为,中性盐NaCl胁迫:胚根<胚芽;碱性盐NaHCO3和Na2CO3胁迫:胚根>胚芽。

不同根型苜蓿苗期对干旱胁迫的生理耐受性分析

为探讨不同根系类型苜蓿对干旱胁迫的生理生化适应机制,采用盆栽模拟土壤干旱条件,以根茎型、直根型和根蘖型苜蓿为材料,测定不同根系类型苜蓿叶片相对含水量、叶绿素、可溶性糖、脯氨酸和MDA的含量及SOD活性。结果表明,不同根系类型苜蓿叶片相对含水量及叶绿素含量随干旱胁迫程度增强而降低,直根型陇东苜蓿降低程度小于其他苜蓿材料;叶片可溶性糖、脯氨酸和MDA的含量及SOD活性随干旱程度的增加而升高,其中可溶性糖含量根茎型清水苜蓿和根蘖型甘农2号杂花苜蓿增幅较大,脯氨酸含量和SOD活性根蘖型野生黄花苜蓿增幅较大,MDA含量直根型陇东苜蓿增幅较大。经隶属函数综合分析,4份材料抗旱性强弱顺序为根蘖型黄花苜蓿>直根型陇东苜蓿>根茎型清水紫花苜蓿>根蘖型甘农2号杂花苜蓿。

PEG胁迫对三种豆科牧草种子萌发及幼苗生理影响

本实验采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱,研究了不同干旱胁迫对三种多年生豆科牧草(白三叶、红豆草、紫花苜蓿)种子萌发与幼苗生理影响。结果表明:随着PEG浓度的升高,三种豆科牧草种子发芽率、发芽指数和叶片相对含水量都呈下降趋势;白三叶种子的发芽势在PEG浓度为10%时出现拐点。不同PEG胁迫下白三叶发芽率最高,紫花苜蓿较低;红豆草叶片相对含水量较高,且下降趋势平缓。随着PEG浓度胁迫加剧,白三叶和红豆草叶片SOD活性先升后降,紫花苜蓿叶片SOD活性先降后升;白三叶和红豆草叶片POD活性呈现"Z"变化;三种豆科牧草CAT和根系活力总体呈先升后降趋势,且红豆草CAT活性和根系活力最高。

小麦苗期耐低氮胁迫的基因型差异

为了确定适宜的小麦耐低氮基因型筛选指标,采用温室水培方法系统评价了不同年代的32个小麦品种苗期耐低氮胁迫的基因型差异。结果表明,低氮条件下小麦形态和生理指标有显著的基因型差异。主成分分析表明,植株干重、植株氮积累量、地上干重、植株氮含量、根冠比、根长的耐性指数在四个主成分中占较大比重;相关性分析表明,植株氮积累量与植株干重、植株氮含量耐性指数相关达到极显著水平,地上干重与根冠比和根长的耐性指数相关达到显著水平;不同小麦基因型的植株氮积累量与地上干重耐性指数存在较大变异(CV>15%)。因此,植株氮积累量以及地上干重的耐性指数适合作为筛选指标。这32个小麦品种可分为低氮敏感型、中间型和耐低氮型。